公路工程施工放樣誤差分析

呂少華

(秦皇島路橋建設(shè)開發(fā)有限公司)

0 引言

在傳統(tǒng)的公路工程平面控制中，公路定線有紙上定線和現(xiàn)場定線兩種方法，設(shè)計(jì)中線也分為圖解設(shè)計(jì)中線和解析設(shè)計(jì)中線兩種形式?，F(xiàn)場施工放樣方法多為切線支距法、弦線支距法、偏角法、輔助切線法、距離交會(huì)法等方法。主要的量距方法為鋼尺量距、儀器測距，需作多項(xiàng)改正，精度不高，而且誤差容易積累，直接影響定位精度。對于橋梁、隧道工程來說，由于控制手段的限制，多布設(shè)成帶有基線的三角網(wǎng)，用三角形傳算邊長及坐標(biāo)。橋梁墩、臺放樣多采用測角交會(huì)的方法。

隨著公路建設(shè)步伐的加快，公路建設(shè)技術(shù)水平也得到了很大提高。航測遙感成圖、GPS控制網(wǎng)、CAD輔助設(shè)計(jì)、全站型電子儀器等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐，這些技術(shù)隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異而在工程中發(fā)揮著日益重要的作用。在這種數(shù)字化系統(tǒng)中，可以比以往更加嚴(yán)格地控制施工誤差，使得公路線型更加接近設(shè)計(jì)，行車更加舒適。

1 平面控制誤差來源

對公路工程來說，平面控制誤差來源主要有坐標(biāo)計(jì)算誤差，控制網(wǎng)本身的誤差，施工放樣的誤差。其中控制網(wǎng)誤差和施工放樣誤差均涉及到測量誤差。

測量誤差主要來自三個(gè)方面。

(1)測量儀器。觀測工作通常是用專門儀器進(jìn)行的，盡管現(xiàn)代儀器可制造的相當(dāng)精密，但也很難做到完美無缺，即使儀器經(jīng)過極為嚴(yán)格的檢驗(yàn)校正也絕對達(dá)不到理論上的要求，這些儀器誤差的存在必然會(huì)給測量結(jié)果帶來誤差。

(2)觀測者。人的感覺器官的鑒別能力有一定的局限性，無論如何認(rèn)真、仔細(xì)地操作，也不能做到盡善盡美。例如觀測時(shí)在儀器的安置、瞄準(zhǔn)、讀數(shù)等各個(gè)環(huán)節(jié)均會(huì)產(chǎn)生誤差，而且是不可避免的。

(3)外界條件。如溫度、濕度、風(fēng)力、大氣等諸多因素的變化，都會(huì)對觀測結(jié)果產(chǎn)生直接的影響。

根據(jù)測量誤差對觀測結(jié)果的影響性質(zhì)，可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩類。在實(shí)際工作中，應(yīng)該采用各種方法來消除系統(tǒng)誤差，或者減小其對觀測成果的影響，達(dá)到實(shí)際上可以忽略不計(jì)的程度。對于偶然誤差，則應(yīng)采用提高儀器精度等級、重復(fù)觀測、進(jìn)行多余觀測的方法減弱其影響。

2 施工控制精度要求

進(jìn)行高質(zhì)量測量的先決條件是建立一個(gè)具有合適的點(diǎn)的密度和足夠精度的測量控制網(wǎng)。

我國的測量規(guī)范規(guī)定四等以下各級平面控制網(wǎng)的最弱點(diǎn)的點(diǎn)位誤差相對于起算點(diǎn)(上級控制點(diǎn))而言不大于5cm。

由于近代測量技術(shù)的發(fā)展，可以較方便地取得地形和地物等的大量點(diǎn)位的三維坐標(biāo)值，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理以后，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化的地形模型。設(shè)計(jì)、施工放樣的精度不再受地形圖的比例尺、圖解精度的限制，可以從工作本身的需要提出要求，在這種數(shù)字化系統(tǒng)中，對測量控制會(huì)提出更高的精度要求。

在工程控制中，測定平面點(diǎn)位或高程的精度一般要求為毫米級，特別精密的工程也會(huì)提出在1mm以內(nèi)的精度要求，控制網(wǎng)中并非對所有的點(diǎn)位要求有同樣的精度，而是有所側(cè)重，并且往往關(guān)心某些點(diǎn)位在特定方向上的精度，例如橋梁施工控制網(wǎng)要求保證橋梁軸線方向上的點(diǎn)位精度;隧道施工控制網(wǎng)則要求保證貫通面處橫向的點(diǎn)位精度。

施工放樣的精度隨著建筑材料、施工方法等因素而改變。按精度要求的高低排列為鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、毛石混凝土結(jié)構(gòu)、土石方工程。按施工方法分，預(yù)制件裝配式的方法較現(xiàn)場澆筑的精度要求高一些，鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)螺栓連結(jié)的比用電焊連接的精度要求高。

現(xiàn)在多數(shù)公路工程是以水泥為主要建筑材料，混凝土柱、梁的施工總誤差允許約為10～30mm，結(jié)構(gòu)物的傾斜度(垂直度)要求為1/1000～1/2000，鋼結(jié)構(gòu)施工的總誤差隨施工方法不同，允許誤差在1～8mm之間，土石方的施工誤差允許達(dá)10cm。

一般土建工程的施工放樣要求新建筑物和構(gòu)筑物與鄰近已有建筑物的相對位置誤差為10～20cm。公路工程的絕對點(diǎn)位精度一般可控制在10～20cm之內(nèi)。

由于工程控制網(wǎng)的精度要求較高，各種工程建筑的現(xiàn)場條件差別很大，所注重的點(diǎn)位及其方向又各不相同。因此，必須根據(jù)工程要求和具體條件，設(shè)計(jì)專用的控制網(wǎng)。對于施工放樣要求更高精度的特種工程，如大橋、隧道等，則可以利用城市基本平面控制網(wǎng)的一個(gè)已知點(diǎn)坐標(biāo)和一個(gè)已知方位，布設(shè)獨(dú)立的高精度的專用工程控制網(wǎng)來解決。

在多數(shù)工地上，測量工作的成本很低，所以恰當(dāng)?shù)匾?guī)定精度要求的目的主要不是為了降低測量工作的成本，而是為了在滿足精度的前提下提高工作速度，更好地為工程服務(wù)。

3 公路工程施工放樣精度分析

3．1 全站儀極坐標(biāo)放樣精度

隨著全站型電子測量儀器在工程中的廣泛應(yīng)用，路基橋涵的施工放樣也由傳統(tǒng)的角度交會(huì)、偏角法測設(shè)等方法擴(kuò)展到采用角度和距離測設(shè)的極坐標(biāo)法。

施工放樣的誤差隨放樣方法而異，對于目前經(jīng)常采用的全站儀極坐標(biāo)法放樣，依據(jù)精度分析的可忽略原則，不考慮控制點(diǎn)本身起始數(shù)據(jù)誤差的影響，其誤差值很小。

在坐標(biāo)法放樣中，首先需要建立一套坐標(biāo)控制系統(tǒng)，對于路基來說一般是一條導(dǎo)線，對于橋涵來說則大多需建立橋梁控制網(wǎng)。然后計(jì)算路基中樁、邊樁和橋梁涵洞上特征點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，最后由這些待定點(diǎn)與控制點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系用極坐標(biāo)法放樣于實(shí)地并仔細(xì)校核各點(diǎn)間的相對關(guān)系，滿足要求即可用以指導(dǎo)施工，否則應(yīng)查明原因。

極坐標(biāo)法定點(diǎn)的誤差為

在工程實(shí)際中，一般使用2″級全站儀。

其半測回方向值的中誤差為mβ= ±2″×= ±2．8″。

測距中誤差為ms=±(2+2ppm×D)mm。

假設(shè)布設(shè)路用導(dǎo)線點(diǎn)的密度為500m左右一個(gè)點(diǎn)，則依據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)放樣待定點(diǎn)時(shí)，假設(shè)待定點(diǎn)在不利情況下，距控制點(diǎn)0．3km，其誤差為

不考慮導(dǎo)線點(diǎn)本身起始數(shù)據(jù)的誤差，用全站儀極坐標(biāo)法放樣完全能夠滿足公路中線偏位50mm的精度要求。

對于橋涵放樣，如果有更高的精度要求，則可用歸化法放樣等其他方法提高施工放樣精度。

3．2 橋梁控制網(wǎng)精度

橋梁施工測量主要任務(wù)是精確地放出橋墩、橋臺的中心位置及其縱橫軸線，為了確保墩臺的定位精度，對大型橋梁而言，首先必須建立好橋梁施工控制網(wǎng)。

橋梁的施工控制網(wǎng)，除了用以精密測定橋位中線(橋軸線)的長度外，還要用它來放樣各個(gè)橋梁墩、臺的位置，保證其上部結(jié)構(gòu)的正確連接。

由于橋梁控制網(wǎng)的主要作用是確定橋長和放樣墩臺，因此應(yīng)分別根據(jù)橋梁架設(shè)誤差和墩臺定位的精度要求來計(jì)算橋梁控制網(wǎng)的必要精度，一般橋墩中心線在橋軸線方向上的位置中誤差不應(yīng)大于±15mm。

施工中要求橋墩在軸線方向上的施工放樣誤差為±10mm。使用距離、角度交會(huì)的極坐標(biāo)法放樣，依據(jù)精度分析可忽略原則，要求起始數(shù)據(jù)誤差mQ的影響點(diǎn)總誤差(施工放樣誤差)mΣ的10%。即

由mΣ=±10mm，求得mQ=±4．4mm。因此只需各控制點(diǎn)最弱點(diǎn)點(diǎn)位誤差、最弱的相對點(diǎn)位誤差小于±4．4mm，即可滿足施工對控制網(wǎng)的精度要求。這對于全站儀施測的邊角網(wǎng)很容易達(dá)到。

3．3 施工放樣精度

公路工程的絕對點(diǎn)位精度要求較高，公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)JTGF80/1-2004中實(shí)測項(xiàng)目也只是針對結(jié)構(gòu)物相對位置、幾何尺寸，路基中線的相對位置作出要求，因此施工放樣并不十分關(guān)心導(dǎo)線的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差的大小，最重要的技術(shù)指標(biāo)是相鄰導(dǎo)線點(diǎn)的相對點(diǎn)位中誤差。只要相鄰導(dǎo)線點(diǎn)的相對點(diǎn)位精度滿足要求，一般可以完成施工任務(wù)，滿足路線平面位置的精度要求。在公路施工中，在導(dǎo)線、橋梁控制網(wǎng)精度滿足要求的前提下，依據(jù)精度分析可忽略原則，不考慮起始數(shù)據(jù)誤差影響，用全站儀極坐標(biāo)法放樣完全能夠滿足公路中線偏位、橋梁上下部結(jié)構(gòu)定位的精度要求。

4 結(jié)束語

近幾年我國公路建設(shè)中，航測遙感、CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、GPS、全站儀等新技術(shù)已在勘測設(shè)計(jì)、施工運(yùn)營等各個(gè)階段得到了越來越廣泛的應(yīng)用。對于施工單位來說，隨著全站型儀器的日益普及，已使得傳統(tǒng)的施工放樣方法發(fā)生了根本性的變化，坐標(biāo)法放樣具有誤差不累積、施工放樣簡單方便、不受地形地物限制、精確度、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。這樣，坐標(biāo)的計(jì)算及相關(guān)誤差的分析也就顯得愈發(fā)重要。

隨著國家加大對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入和重視，公路建設(shè)將面臨新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，如何充分利用日新月異的科學(xué)技術(shù)為公路建設(shè)服務(wù)，是擺在每一位公路建設(shè)科技工作者面前的重要課題，公路建設(shè)機(jī)械化程度的不斷提高對施工放樣提出了越來越高的要求，這種要求不但體現(xiàn)在時(shí)效性、可靠性上，還體現(xiàn)在精度上。

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［1］聶讓．高等級公路控制測量［M］．北京：人民交通出版社，2001．

［2］陳龍飛，金其坤．工程測量［M］．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1990．

［3］交通部公路科學(xué)研究所．中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)(JTGF80/1-2004)［S］．北京：人民交通出版社，2004．